Atténuer l’obsolescence de la supply chain : Explorer le casse-tête de la fabrication des semi-conducteurs

Solutions pour une disponibilité des composants à long terme. Article proposé par Rochester Electronics.

De nombreux aspects d’un produit semi-conducteur sont susceptibles d’entraîner son obsolescence. Ceux-ci vont des revenus de l’entreprise à n’importe quelle sous-composante des produits semi-conducteurs, comme les technologies des procédés de fonderie, les boîtiers, les substrats ou les grilles de connexion, les plateformes d’essai ou les ressources en matière de conception. Les composantes de ce casse-tête comprennent souvent l’orientation générale de l’entreprise ou du marché pour toute société de semi-conducteurs. Les priorités du marché peuvent évoluer au fil du temps pour une entreprise de semi-conducteurs, alors même qu’un système durable, comme un consommateur, peut ne pas modifier ses propres priorités en matière de produits. Pour comprendre les risques de disponibilité à long terme liés à toute sélection de produit, les références proposées par les fabricants de composants d’origine vont bien au-delà des rapports sur l’état de la nomenclature fournis par les divers outils disponibles dans le commerce. 

En quoi la chaîne d’approvisionnement de fabrication impacte-t-elle la disponibilité des produits à long terme ? 
La plupart des anciens produits semi-conducteurs sont assemblés avec des boîtiers à grille de connexion, tels que DIP, PLCC, QFP et PGA. Le marché des semi-conducteurs s’est éloigné des boîtiers à grille de connexion en tant que principal facteur de volume pour se tourner vers des assemblages basés sur des substrats.

Pourquoi le secteur s’est-il éloigné des assemblages de grilles de connexion ? 

Pour bien comprendre pourquoi les assemblages de grilles de connexion disparaissent actuellement, il est important de revenir sur l’histoire des lieux d’assemblage et des marges de profit et l’évolution vers des performances toujours plus élevées.

La délocalisation de l’assemblage a commencé véritablement à prendre de l’ampleur dans les années 1980. C’était avant la domination de TSMC sur les technologies de fonderie. Cette démarche était principalement motivée par les coûts, mais aussi par des restrictions environnementales, car les processus d’assemblage des années 1980 n’étaient pas aussi écologiques que ceux d’aujourd’hui. La recherche de marges de profit plus importantes a progressivement fait disparaître de nombreux fournisseurs de grilles de connexion, jusqu’à ce que seuls les plus grands fournisseurs puissent être rentables. Les marges de profit sur les grilles de connexion ont été réduites à un chiffre, tandis que les marges de la plupart des entreprises de semi-conducteurs tendaient vers les 50 %. Les volumes de grilles de connexion ont connu leur apogée dans les années 1990 et au début des années 2000, parallèlement à l’essor des composants d’E/S à grande vitesse et à l’invention de l’assemblage BGA. Les composants d’E/S à grande vitesse, tels que ceux que l’on trouve dans les PCI-e, l’Ethernet multi-gigabit, SATA, SAS, s-Rio et d’autres, ont révélé que les liaisons filaires limitaient les performances. Les normes E/S et d’autres nouvelles normes en cours d’élaboration offraient des performances que les liaisons filaires n’auraient jamais pu atteindre. La vitesse des composants a considérablement augmenté, tout comme leur puissance.

La liaison filaire distribue l’énergie de l’extérieur de la puce vers le cœur. En ce qui concerne les produits plus performants qui ont vu leur disponibilité augmenter dans les années 1990, l’alimentation du composant à partir de l’extérieur de la die n’était pas suffisante. Les puces retournées et les substrats en BGA ont permis de résoudre le problème de la distribution de l’alimentation en alimentant directement le cœur et en supprimant les liaisons filaires, ce qui a permis d’améliorer l’intégrité du signal avec les normes SerDes à grande vitesse. Au début des années 2000, lorsque les volumes d’assemblages de grilles de connexion ont diminué, les assemblages QFN sont apparus pour les boîtiers à faible nombre de broches. Les QFN sont des assemblages basés sur des substrats qui utilisent principalement les liaisons filaires dans des volumes importants. Actuellement, les assemblages de grilles de connexion représentent des volumes bien inférieurs à ceux des assemblages basés sur des substrats. Le coût le plus important de l’installation des assemblages de grilles de connexion est celui de l’outillage de découpage et de formage. Alors que le volume des grilles de connexion diminuait, le coût de remplacement de l’outillage de découpage et de formage des grilles de connexion, associé à la marge de profit à un chiffre des fournisseurs délocalisés, a exercé une énorme pression en faveur de l’abandon complet des assemblages de grilles de connexion.

Le secteur a donc renoncé aux assemblages de grilles de connexion car les performances technologiques exigeaient des liaisons filaires nulles et les coûts pour continuer à produire des assemblages de grilles de connexion à plus faible volume étaient trop élevés.

L’entreprise Rochester Electronics est consciente de ces tendances et les a anticipées en investissant simultanément dans les assemblages de grilles de connexion et dans les assemblages QFN et BGA basés sur des substrats. Avec des milliards de dies et de wafers en stock, dont la majorité nécessite des assemblages de grille de connexion, la décision de procéder ainsi semblait logique. En plus d’investir dans des options coûteuses de découpage et de formage pour les boîtiers PLCC qui ne sont plus disponibles dans la plus grande usine d’assemblage au monde et qui disparaissent rapidement de beaucoup d’autres, l’entreprise Rochester a également créé une usine d’assemblage durable basée aux États-Unis qui peut prendre en charge presque tous les types d’assemblage existants.

Une fois qu’une solution d’assemblage est en place, une solution d’essai doit également être envisageable. Il convient de tenir compte des mêmes tendances qui se manifestent dans la technologie des testeurs pour permettre la transition vers les tests d’assemblage basé sur des substrats, où il existe des déconnexions qui peuvent entraîner l’obsolescence. Les gestionnaires les plus récents pour les tests de production sont principalement orientés vers les assemblages basés sur des substrats. Les efforts de réduction des coûts pour la production en volume sont actuellement tous basés sur des assemblages de substrats. Il est moins envisageable de tester la production de faibles volumes sur un site OSAT à mesure que les volumes diminuent, notamment si le produit en question est un produit à base de grille de connexion.

En supposant que les wafers soient disponibles, que se passerait-il si une entreprise se contentait d’acquérir une chaîne d’approvisionnement OSAT existante pour continuer à fournir le même produit semi-conducteur ?

C’est ce que Rochester Electronics appelle une solution à court terme. Rappelez-vous les aspects du casse-tête de la fabrication que nous avons examinés, des grilles de connexion et de l’assemblage aux essais. Si un seul des maillons de la chaîne OSAT est jugé irréalisable au niveau économique à l’avenir, il faut s’attendre à un phénomène d’obsolescence. Le risque d’obsolescence augmente car toute entreprise qui applique la gestion de la chaîne d’approvisionnement OSAT ne peut pas produire autant de produits que l’aurait fait l’entreprise de semi-conducteurs d’origine. Par conséquent, cette entreprise ne peut pas tirer parti du même niveau de continuité des produits. Si, à court terme, la gestion de la chaîne d’approvisionnement OSAT peut permettre de maintenir un produit en production, elle n’est généralement pas viable à long terme.

En tant que fabricant de semi-conducteurs sous licence, Rochester a fabriqué plus de 20 000 types de composants. Avec plus de 12 milliards de dies en stock, Rochester a la capacité de fabriquer plus de 70 000 types de composants.

Pendant plus de 40 ans et, en partenariat avec plus de 70 fabricants de semi-conducteurs les plus importants, Rochester a fourni à ses précieux clients une source continue de semi-conducteurs essentiels.

Rochester propose une gamme complète de services de fabrication :

• Services de conception : nous pouvons reproduire le composant d’origine, en évitant ainsi de longs et coûteux processus liés aux nouvelles homologation, certification ou conception du circuit. Le produit final est un produit de substitution ayant la même forme, les mêmes dimensions et la même fonction que le produit d’origine, garanti conforme aux performances de la fiche technique originale.
• Stockage des wafers : Nos capacités de nouvelle génération comprennent des environnements certifiés ISO-7/10K, contrôlés à l’azote, des salles sécurisées, des cabines individuelles et des boîtes sèches en acier inoxydable avec contrôle de l’humidité par microprocesseur.
• Traitement des wafers : englobe le polissage de la face arrière (Back-side Grind ou BSG), le découpage en matrice, l’inspection des matrices et leur triage à l’aide d’équipements de pointe dans nos installations de Newburyport, Massachusetts (États-Unis).
• Services d’assemblage : Nous proposons une gamme complète de services, notamment l’assemblage rapide de circuits intégrés, l’assemblage hermétique et plastique, la finition au plomb des composants, la réplication des boîtiers, des substrats et des grilles de connexion avec une variété de finitions au plomb, y compris Sn, SnPb et RoHS.
• Services de contrôle : Nous proposons une gamme de services de test de haute qualité, notamment dans les domaines de l’analogique, du numérique, du signal mixte, de la mémoire et de l’alimentation, avec un éventail de plateformes anciennes allant jusqu’à des solutions de test avancées.
• Services analytiques et tests de fiabilité : Nous avons une grande expertise, ce qui permet à nos clients d’accélérer les mécanismes de défaillance potentiels, d’aider à identifier la cause première et de prendre des mesures pour prévenir le mode de défaillance. La gamme de services analytiques comprend l’analyse électrique, l’analyse des matériaux et l’analyse des polymères.

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CE PUBLI-RÉDACTIONNEL A ÉTÉ RÉDIGÉ PAR ROCHESTER ELECTRONICS